根据以往对高温烘箱风机亚音速定子叶片的研究,前缘弯曲用于匹配迎角[20],根部弯曲高度为20%,端部弯曲角度为20,顶部弯曲高度为30%,端部弯曲角度为40,如图18左侧所示。弯曲高度和弯曲角度的选择是基于流入流的流动角度条件:如图5中蓝色箭头所示,定子叶片的流入角度受上游动叶片的影响,靠近端壁有两个不符合主流分布趋势的区域,而弯曲高度末端弯板的T应覆盖与流动角
高温烘箱风机
根据以往对高温烘箱风机亚音速定子叶片的研究,前缘弯曲用于匹配迎角[20],根部弯曲高度为20%,端部弯曲角度为20,顶部弯曲高度为30%,端部弯曲角度为40,如图18左侧所示。弯曲高度和弯曲角度的选择是基于流入流的流动角度条件:如图5中蓝色箭头所示,定子叶片的流入角度受上游动叶片的影响,靠近端壁有两个不符合主流分布趋势的区域,而弯曲高度末端弯板的T应覆盖与流动角度匹配的区域;末端弯板角度的选择基于区域和主流流动角度之间的差异。这与参考文献中得到的前、后缘对高温烘箱风机总压损失系数的影响是一致的。
根据前面的研究,高温烘箱风机前缘弯曲的定子叶片可以有效地消除流入攻角,但叶片的局部端部弯曲会导致叶片局部反向弯曲的形状效应。在保证端部攻角减小的同时,定子叶片端部的阻塞量增大,损失增大。在端部弯曲建模的基础上,适当叠加叶片正弯曲建模,可以减小端部攻角,保证定子叶片和级间的有效流动。通过实验设计的方法,得到了合适的前弯参数:高温烘箱风机弯曲高度60%,轮毂弯曲角度40,翼缘弯曲角度20,基本符合以往研究得出的弯曲叶片设计参数选择规则。不同叶栅的吸力面径向压力梯度和出口段边界层边界的径向压力梯度可以很好地进行比较。采用B-L(Baldwin-Lomax)湍流模型和AGS(Abu-Ghamman-Shaw)旁路过渡模型描述了过渡过程。在带端弯和正弯叶片的三维复合叶片表面,存在两个明显的径向压力梯度增大区域,形成从端弯到流道中径的径向力,引导高温烘箱风机叶片表面边界层的径向重排。从出口段附面层的边界形状可以看出,复合三维叶片试图使叶片的径向附面层均匀化,消除了叶片角部区域的低能流体积聚,对提高叶片边缘起到了明显的作用。
在高温烘箱风机机械中,为了防止旋转叶片和固定壳体之间的摩擦,叶片顶部和壳体之间必须有一定的间隙。由于叶尖间隙的存在,不可避免地会发生泄漏流。泄漏流与主流相互作用形成的泄漏涡将影响涡轮机械的内部流场和气动性能,尤其是效率、高温烘箱风机噪声和稳定的工作范围。因此,通过改变叶顶间隙形状,对叶顶泄漏流进行综合分析,提高涡轮机械的气动性能具有重要的现实意义和工程参考价值。目前,对叶尖间隙进行了一系列的实验和数值模拟研究,主要集中在叶尖和壳体两个方面。对于叶片顶部,Young等人[4]采用实验方法研究了单槽、双槽和上斜面对涡轮性能的影响。但4-6级进风机的总压和效率均均匀间隙,随着间隙的增大,风机的性能下降更大。在此基础上,模拟了高温烘箱风机、类型和位置对轴流风机性能的影响,指出在设计流量下,叶顶双槽结构具有较佳的气动性能,风机效率提高了1.05个百分点。对多级压缩机表明,叶根倒角还可以减小角区的失速,提高工作范围。高温烘箱风机带肩端间隙涡轮的研究表明,压力侧和吸入侧后缘槽都可以略微增大叶片顶面传热系数,但吸入侧后缘槽可以减小间隙的泄漏损失。
当高温烘箱风机叶顶间隙形状发生变化时,不可避免地会引起叶顶及其附近的吸力面和压力面流场的分布。由于叶尖间隙的存在,泄漏流将与通道内的主流混合,在吸入面顶角形成泄漏旋涡。高温烘箱风机与方案3相比,方案2具有几乎相同的区范围,但叶尖间隙较大,有利于防止动静部件之间的摩擦,而方案6具有明显的性能退化,易于分析其损耗机理。为此,分析了三种叶尖间隙:均匀间隙、方案2和方案6。旋涡是描述旋涡运动的重要特征量,其大小可以反映旋涡的强度。在间隙均匀的情况下,涡量分布从叶片前缘到后缘呈下降趋势,流入量能有效地粘附在吸力面上,因此高温烘箱风机涡量相对较小。由于叶尖泄漏流的存在,叶尖压力比与气流角(图中灰色虚拟线圈所示的面积)之间存在一定的偏差,但通过三维CFD的修正,s2的设计趋势预测了叶尖泄漏流对气动参数径向分布的影响。由于主流与泄漏流的相互作用,叶片顶端的涡度比吸力面大得多,较大涡度出现在吸力面拐角处和叶片顶端附近。中间叶片顶部涡度强度明显增大,这是由于间隙收缩导致叶片前缘泄漏面积增大,导致泄漏流量增大,主流与泄漏流量的混合程度增大,涡度强度增大。高温烘箱风机叶尖间隙的大小沿流动方向减小,即叶片叶尖越靠近壳体,泄漏旋涡越靠近叶片上部和中部。副作用减少。
在高温烘箱风机叶片前缘形成了C形轴向速度分布,在翼型阻力的作用下,流入流的轴向速度减小,形成了一个低速区。吸入面沿转子旋转的相反方向形成横向压力梯度。根据机翼理论,通过吸力面的速度高于通过压力面的速度,吸力面后缘形成高速区。进一步讨论了动叶区中间流动面内的总压力分布。分析了在设计流量下动叶区中流面内的总压分布。由于高温烘箱风机叶片压力面所做的工作,压力面上的总压力明显高于吸力面上的总压力,总压力沿动叶片旋转方向由压力面逐渐下降到吸力面。总压逐渐升高,但吸入面略有变化。实验表明,合理的非轴对称壳体处理结构可以使压缩机的稳定裕度提高13%,峰值效率提高0。这是因为当气流通过叶栅时,从吸力面到相邻叶片压力面的离心力沿叶片高度逐渐增大。为了抵消离心力的影响,将叶片设计为扭曲叶片后,沿叶片高度方向产生横向压力梯度,使两个力达到平衡,吸力面附近有一个负压区。由于高温烘箱风机叶片的吸入面和压力面之间的压差较大,位于压力侧的流体通过叶尖间隙流向吸入面,导致叶尖间隙中的泄漏流。泄漏流与主流相互作用,产生较大的泄漏损失。
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